測井資料標準化方法研究

辛炯壟，劉紅岐，張雨桐，張 攀

（西南石油大學地球科學與技術學院，四川成都 610500）

在數學等領域，標準化數據按一定比例縮放，落入特定范圍，且認為歸一化為其特殊的一種形式，數據映射到0至1區間[1]。在能源行業，尤其在測井方向，歸一化卻“不屬于”標準化的一部分，眾多學者對此稍有誤解。

歸一化是由數據處理方便而提出，即數據經過運算縮放至[0，1]范圍內，使處理過程更便捷。歸一化也是簡化計算的一種途徑，可將有量綱的表達式轉換為無量綱，便于數據的加權比較。在測井資料解釋工作中，盡管資料經過了曲線編輯等預處理，但因測井儀器刻度不精確、非正確操作，仍會存在系統誤差。在環境校正后，有必要對研究區測井數據進行標準化，減小或消除此類影響，這是儀器標準化的延伸。測井資料標準化是保證解釋準確性的重要工作。

1 標準化

測井曲線標準化最初由Connlly提出，后續學者先后發表文章，探討標準化方法，Doveton 等進一步提出定量處理方法-趨勢面分析法，用于標準化。其實質是利用“同一區域的相同層段的地球物理特征相似，測井數據的分布規律也應相似”這一假設作為依據。目前，在儲層評價和油藏描述過程中，常用直方圖及趨勢面分析法等對測井資料完成標準化處理[2-3]。

1.1 直方圖法

理論依據為，在研究區域內，標準層某一測井響應特征基本無變化，對應的直方圖峰值或頻率分布亦如此。測井資料經環境校正后，首先確定研究區內關鍵井的標準層，然后作出該層某一測井曲線的直方圖，以此為標準化的刻度標準。分析每口井標準層測井數據的分布特征，依次與標準圖進行比較。若兩者相關性好，表明該井的測井數據正確，無需校正。重合效果差，則該井測井數據測量時可能存在刻度誤差，需計算由此誤差造成的數值偏差，峰值差值即校正量。最后，在原始值基礎加減該值完成標準化。

此法在現場應用廣泛，但一般用于數據定性比較階段，誤差較大。目前該方法常與交會圖法結合使用，標準化效果得到有效提高。

1.2 均值-方差法

以兩組環境校正后的數據為例，設關鍵井中標準層某一曲線的正確測井數據為：X1，X2，…，XN。待處理井中標準層中相同曲線的測井值為：Y1，Y2，…，YN。兩組數據均服從某種分布（如正態分布），效果更好。假設Y系列數據的正確值為Z系列，即Z1，Z2，…，ZN，兩者為線性關系，以Z=aY+b表示。當X和Z的均值及方差相同時，求得系數a和b。

當兩者均值一樣E(X)=E(Z)，方差相同E(X)=E(Z)(X)=V(Z)時，根據數理統計原理，有：

由上式得：

其中，X和Y系列的均值及方差均可求得，帶入線性公式便可對全井標準化處理。該法需區域內存在較理想的標準層，且關鍵井中該層數值誤差小。若測井值無法達到要求的質量，可假定該層的理論物理值為平均值，方差取經驗值。

1.3 交會圖法

常用于標準化有M-N和中子-密度交會圖。以M-N交會圖為例：

式中，Δtf、ρf、Φf為流體聲波時差、密度及中子值；Δt、ρb、ΦN為聲波、密度和中子測井值。

標準化時，建立以多井數據為基礎的M-N交會圖（N為橫坐標），根據整體特征確定標準M-N交會圖，亦可以關鍵井標準層為準。將待校井與標準M-N交會圖重疊，根據數據的漂移情況，校正單井。若單井數據在Y軸方向與標準交會圖存在垂向偏差，需校正聲波時差測井值；假如數據點沿X軸方向相比標準范圍存在偏移，應校正中子測井數據；最后，若數據分布沿對角線與標準圖不吻合，則表明密度測井應該標準化。使用M-N交會圖法的前提是三孔隙度測井資料必須齊全，缺一不可。

1.4 趨勢面分析法

本方法以研究對象的某一項物理參數的測量數據為基礎，來分析其相關的空間分布特征與變化規律。對某一油田而言，實際地質參數在橫向上均會存在些許變化，即地層中的測井響應并非一成不變，通常依某種規律漸變，稱為趨勢面變化。標準層測井響應的多項式回歸趨勢面，與地層原始趨勢面相關性好，可認為一致。若趨勢面分析結果中，殘值均為隨機變量，則主要受測量或刻度誤差影響；如果存在異常殘差，為巖性變化造成的。

設Z(x，y)為研究的地質特征，(x，y)表示平面上任一點坐標，地質特征包括代表區域整體趨勢的趨勢值Z*(x，y)與反映局部變化特征的剩余值e。

已知xi，yi，zi，i=1，1，…，情況下，通過回歸分析求得f(x，y)，使Q值最小。

其中f(x，y)為所得一個回歸面為測井趨勢值，殘差為剩余值。

具體應用時，先根據假設的回歸面多項式方程，由擬合度R的變化程度確定多項式的次數，變化平緩時的次數為最佳。按回歸方程求得標準層的趨勢值Z*，ΔZ=Z*-Z即為校正值，經過標準化后的測井值為ΔZ=+Z。

該方法基本達到了定量處理的效果，只是運用過程稍顯復雜。此外，為便于縱向對比，利用塊金效應標準化的變異函數效果較好。

建立各類測井資料的油田標準分布模式后，選用合適的相關分析方法對油田各單井的數據進行標準化，實現對非地層因素的校正。直方圖法、均值-方差法等在同一構造巖石物理相的局部區域內適用，而趨勢面分析法適用于不同構造巖相。標準化后的測井值能最大程度地貼近地層真實值，為地質、地震、測井、開發等多學科對油田的后續勘探及開發研究提供可靠的數據來源。測井資料也是建立初始解釋模型的基礎資料和地質分析的基本依據，測井資料的質量直接影響著地震反演工作中的精細層位標定、反演子波提取及反演結果等眾多環節。

2 標準化-歸一化

在測井數據分析處理過程中，常見思路為先對野外采集的測井數據標準化，再利用處理后數據進行歸一化、多元函數等計算，如使用歸一化方法計算泥質含量，或數據歸一化后用于神經網絡分析等用途。作者認為某些情況下，也可先歸一化處理，再標準化。在碎屑巖中，常可通過自然電位曲線的正、負異常現象（與泥巖基線比較）來判斷巖性、劃分滲透層在測量刻度過程中存在。但基本無人使用其數值來進行后續分析，因為自然電位在測量刻度過程中，人員習慣差異、不同公司儀器等因素，同一區域的井，常會出現自然電位均為正、均為負、有正有負的現象，無法進行標準化，不便于數據分析。若先將所有井的自然電位值歸一化至相同區間內，再進行標準化處理，得到的數據便可用于后續分析研究，解決了長久以來自然電位曲線僅看曲線形態來進行測井分析的窘境。

3 結論

測井資料標準化后，測井解釋精度會顯著提高；且為后續的地質研究、地震分析等提供可靠的數據基礎，是油藏描述中不可或缺的環節。野外采集的測井數據常先標準化處理，再利用優化的數據進行歸一化、多元函數等計算便于油藏評價。實際應用中，亦需反其道行之，發掘歸一化→標準化的新“路徑”。